DE102021210039A1 - Method for producing a control device for a motor vehicle and control device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Herstellung eines Steuergeräts (1) für ein Kraftfahrzeug. Dabei wird ein Elektronikgehäuse (2) für das Steuergerät (1) bereitgestellt und ein integrierter Schaltkreis (6) im Elektronikgehäuse (2) positioniert und fixiert. Daraufhin wird ein Schaltungsträger (4) im Elektronikgehäuse (2) positioniert und anschließend der integrierte Schaltkreis (6) mittels eines Schweißprozesses mit dem Schaltungsträger (4) kontaktiert. The invention relates to the manufacture of a control unit (1) for a motor vehicle. An electronics housing (2) is provided for the control unit (1) and an integrated circuit (6) is positioned and fixed in the electronics housing (2). A circuit carrier (4) is then positioned in the electronics housing (2) and then the integrated circuit (6) is contacted with the circuit carrier (4) by means of a welding process.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Steuergeräts für ein Kraftfahrzeug. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein solches Steuergerät.The invention relates to a method for producing a control unit for a motor vehicle. Furthermore, the invention relates to such a control device.
Steuergeräte kommen in Kraftfahrzeugen an vielen Stellen zum Einsatz. Grundsätzlich überall dort, wo ein Element bewegt wird, also beispielsweise an einem motorischen Fensterheber, aber auch bei sonstigen motorisch betriebenen Einheiten, bspw. also auch bei Klimageräten, einem Fahrmotor, Kühlmittelpumpen oder dergleichen. Teilweise sind solche Steuergeräte für mehrere Elemente auch zu einer gemeinsamen Einheit zusammengefasst. Häufig weisen die Steuergeräte wenigstens einen integrierten Schaltkreis auf, der meist zur Abarbeitung einer bestimmten Aufgabe eingerichtet und vorgesehen ist. Beispielsweise kann es sich bei einem solchen integrierten Schaltkreis um ein Leistungsmodul (bspw. ein IGBT-Leistungsmodul) handeln, das als Wechselrichter eingesetzt wird. Optional kann der integrierte Schaltkreis aber auch einen anwenderspezifischen Schaltkreis darstellen, der als eine Art Prozessor für festgeschriebene (hier „festverdrahtete“) Operationen dient.Control units are used in many places in motor vehicles. Basically wherever an element is moved, for example on a motorized window regulator, but also in other motorized units, for example also in air conditioning units, a traction motor, coolant pumps or the like. In some cases, such control devices for several elements are also combined to form a common unit. The control units often have at least one integrated circuit, which is usually set up and provided for processing a specific task. For example, such an integrated circuit can be a power module (for example an IGBT power module) that is used as an inverter. Optionally, however, the integrated circuit can also represent a user-specific circuit that serves as a type of processor for committed (here “hardwired”) operations.
Üblicherweise werden solche integrierten Schaltkreise mittels sogenannter Durchsteckmontagetechnik („THT“, „through hole technology“) mit einem Schaltungsträger verbunden. Dabei kommt regelmäßig das sogenannte Wellenlöten zum Einsatz, bei dem von der Rückseite des Schaltungsträgers her Lot aufgebracht wird. Üblicherweise liegt hier die Montageerfahrung sowie auch die richtige maschinelle Ausrüstung beim Elektronikzulieferer. Nachteilig hieran ist allerdings, dass bei der Montage bereits, zumindest mit dem integrierten Schaltkreis, bestückter Schaltungsträger (Leiterplatten) im bestimmungsgemäßen Elektronikbauraum unerwünschte (mechanische) Spannungen auftreten können, die zu einer Beschädigung des integrierten Schaltkreises und/oder des Schaltungsträgers führen können.Such integrated circuits are usually connected to a circuit carrier by means of what is known as through-hole mounting technology (“THT”). So-called wave soldering is regularly used, in which solder is applied from the rear of the circuit carrier. The assembly experience and the correct mechanical equipment usually lies with the electronics supplier. The disadvantage of this, however, is that during assembly of circuit carriers (printed circuit boards) already equipped, at least with the integrated circuit, in the specified electronics installation space, undesirable (mechanical) stresses can occur, which can lead to damage to the integrated circuit and/or the circuit carrier.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Montage eines Steuergeräts, insbesondere eines solchen für ein Kraftfahrzeug, zu verbessern.The object of the invention is to improve the assembly of a control device, in particular one for a motor vehicle.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Des Weiteren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Steuergerät den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.This object is achieved according to the invention by a method having the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung eines Steuergeräts für ein Kraftfahrzeug. Verfahrensgemäß wird dabei zunächst ein Elektronikgehäuse für das Steuergerät bereitgestellt. In diesem Elektronikgehäuse wird dann ein integrierter Schaltkreis (im Folgenden kurz auch als „IC“ bezeichnet) positioniert sowie, vorzugsweise mechanisch, fixiert. Des Weiteren wird (insbesondere nach dem Fixieren des IC) ein Schaltungsträger im Elektronikgehäuse positioniert. Der integrierte Schaltkreis wird anschließend mittels eines Schweißprozesses mit dem (vorzugsweise bereits im Elektronikgehäuse fixierten) Schaltungsträger kontaktiert.The method according to the invention is used to produce a control unit for a motor vehicle. According to the method, an electronics housing is first provided for the control unit. An integrated circuit (also referred to as “IC” for short below) is then positioned in this electronics housing and fixed, preferably mechanically. Furthermore, a circuit carrier is positioned in the electronics housing (particularly after the IC has been fixed). The integrated circuit is then contacted with the circuit carrier (preferably already fixed in the electronics housing) by means of a welding process.
Durch dieses Vorgehen wird vorteilhafterweise ein Wegfall der Vormontage des ICs auf dem Schaltungsträger ermöglicht sowie vermieden, in einer üblicherweise eher mechanisch ausgerichteten „Fertigungseinrichtung“ für Kraftfahrzeugsteuergeräte" einen Lötprozess für Elektronikbauelemente (meist ein Wellenlöten im Fall von THT-montierten Elektronikbauelementen) zu etablieren. Dennoch wird durch das Schweißen zum Kontaktieren des ICs mit dem Schaltungsträger eine qualitativ hinreichende und auch mechanisch stabile elektrische Kontaktierung realisiert. This procedure advantageously eliminates the pre-assembly of the IC on the circuit carrier and avoids establishing a soldering process for electronic components (usually wave soldering in the case of THT-mounted electronic components) in what is usually a more mechanically oriented “manufacturing facility” for motor vehicle control units. Nevertheless a qualitatively sufficient and also mechanically stable electrical contact is realized by the welding for contacting the IC with the circuit carrier.
Schweißanlagen und/oder entsprechende Schweißprozesse sind in o. g. Fertigungseinrichtungen meist ohnehin verfügbar oder aber einfacher zu integrieren, da beim Schweißkontaktieren kein Vorwärmen der Kontaktstellen und/oder der betroffenen Bauelemente erforderlich ist.Welding systems and/or corresponding welding processes are included in the above Manufacturing facilities are usually available anyway or are easier to integrate, since no preheating of the contact points and/or the affected components is required when contacting by welding.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird der IC mit dem Elektronikgehäuse, insbesondere in diesem, verschweißt. Oftmals ist ein solcher IC ohnehin in ein Kunststoffgehäuse eingehaust, das somit auf einfache aber auch stabile Weise mit dem, optional ebenfalls aus (insbesondere thermoplastischen) Kunststoff gefertigten, Elektronikgehäuse verbunden werden kann. Beispielsweise kommen hier Vibrationsschweißen, Ultrahallschweißen oder auch Laserstrahlschweißen zum Einsatz.In a preferred variant of the method, the IC is welded to the electronics housing, in particular inside it. Such an IC is often housed in a plastic housing anyway, which can thus be connected in a simple but also stable manner to the electronics housing, which is optionally also made of (in particular thermoplastic) plastic. For example, vibration welding, ultrasonic welding or laser beam welding are used here.
In jeweils alternativen Verfahrensvarianten wird der IC zur Fixierung mit bzw. in dem Elektronikgehäuse mit diesem verschraubt, vernietet, verkleben oder dergleichen.In each of the alternative process variants, the IC is screwed, riveted, glued or the like to the electronics housing for fixing to or in the electronics housing.
In einer zweckmäßigen Verfahrensvariante wird ein Kontaktelement (bspw. ein „Kontaktfuß“ oder „-bein") des ICs direkt mit einem korrespondierenden Gegenstück des Schaltungsträgers (insbesondere einer Leiterbahn oder einem als „Lötpad“ ausgebildeten Ende einer solchen auf einer Leiterplatte, oder einem entsprechenden Abschnitt eines Stanzgitters)) kontaktiert.In an expedient variant of the method, a contact element (e.g. a "contact foot" or "leg") of the IC is connected directly to a corresponding counterpart of the circuit carrier (in particular a conductor track or an end of such a conductor track designed as a "solder pad" on a printed circuit board, or a corresponding one Section of a stamped grid)) contacted.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung der vorstehenden Verfahrensvariante wird das Kontaktelement des integrierten Schaltkreises nach der Positionierung des Schaltungsträgers im Elektronikgehäuse in eine bestimmungsgemäße Kontaktstellung gebogen. Insbesondere wird in diesem Fall das entsprechende Kontaktelement derart verformt, dass dieses Kontaktelement zur (vorzugsweise auch ohne Schweißprozess dauerhaften) Anlage mit dem Gegenstück gebracht wird. Dadurch kann vorteilhafterweise ein Toleranzausgleich bei der Montage des Schaltungsträgers im Elektronikgehäuse erfolgen.In an expedient development of the above variant of the method, the contact element of the integrated circuit is bent into an intended contact position after the circuit carrier has been positioned in the electronics housing. In particular, in this case the corresponding contact element is deformed in such a way that this contact element is brought into contact with the counterpart (preferably also permanently without a welding process). As a result, tolerance compensation can advantageously take place when the circuit carrier is installed in the electronics housing.
In einer alternativen aber gleichermaßen zweckmäßigen Verfahrensvariante wird das Kontaktelement des integrierten Schaltkreises mittelbar mittels eines Zwischenstücks mit dem korrespondierenden Gegenstück des Schaltungsträgers kontaktiert.In an alternative but equally expedient variant of the method, the contact element of the integrated circuit is indirectly contacted by means of an intermediate piece with the corresponding counterpart of the circuit carrier.
Vorzugsweise wird in diesem Fall das Zwischenstück zur räumlichen Überbrückung zwischen dem Gegenstück und dem Kontaktelement herangezogen. Insbesondere wird nach der Positionierung des Schaltungsträgers im Elektronikgehäuse das Zwischenstück mit dem Gegenstück und dem Kontaktelement verbunden, vorzugsweise jeweils unter Nutzung des Schweißprozesses. Dadurch kann das vorstehend beschriebene „In-Position-Biegen“ des Kontaktelements entfallen.In this case, the intermediate piece is preferably used for spatial bridging between the counterpart and the contact element. In particular, after the circuit carrier has been positioned in the electronics housing, the intermediate piece is connected to the counterpart and the contact element, preferably using the welding process in each case. As a result, the “bending into position” of the contact element described above can be omitted.
In optionalen Verfahrensvarianten wird als Schweißprozess Widerstandsschweißen oder Ultraschallschweißen herangezogen. Im Rahmen der Erfindung ist aber gleichermaßen auch Laserstrahlschweißen denkbar und optional auch vorgesehen.In optional process variants, resistance welding or ultrasonic welding is used as the welding process. Within the scope of the invention, however, laser beam welding is equally conceivable and optionally also provided.
Das erfindungsgemäße Steuergerät für ein Kraftfahrzeug weist das vorstehend beschriebene Elektronikgehäuse sowie den integrierten Schaltkreis (IC) auf, der im Elektronikgehäuse positioniert und fixiert ist. Außerdem weist das Steuergerät den Schaltungsträger auf, der im Elektronikgehäuse positioniert ist. Der IC ist dabei mittels eines Schweißprozesses mit dem Schaltungsträger kontaktiert.The control device according to the invention for a motor vehicle has the electronics housing described above and the integrated circuit (IC), which is positioned and fixed in the electronics housing. In addition, the control unit has the circuit board, which is positioned in the electronics housing. The IC is contacted with the circuit carrier by means of a welding process.
Vorzugweise handelt es sich bei dem Steuergerät also um das mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens hergestellte Steuergerät.The control unit is therefore preferably the control unit produced by means of the method described above.
Das Steuergerät weist mithin die im Rahmen des Verfahrens vorstehend beschriebenen Merkmale und die sich daraus ergebenden Vorteile in entsprechender Weise gleichermaßen auf.The control unit therefore has the features described above in the context of the method and the advantages resulting therefrom in a corresponding manner.
So ist vorzugsweise der IC mit dem Elektronikgehäuse verschweißt. Alternativ ist der IC in dem Elektronikgehäuse verschraubt, verklebt oder dergleichen. The IC is preferably welded to the electronics housing. Alternatively, the IC is screwed, glued or the like in the electronics housing.
Bevorzugt weist das Elektronikgehäuse Fügeflächen auf, die für die entsprechende Fügetechnik in bekannter Weise vorbereitet sind (bspw. durch Vorsehen von Schraublöchern, blanken und glatten Oberflächen für Schweißverbindungen etc.).The electronics housing preferably has joining surfaces that are prepared in a known manner for the corresponding joining technique (for example by providing screw holes, bare and smooth surfaces for welded joints, etc.).
Des Weiteren ist - wie vorstehend beschrieben - das entsprechende Kontaktelement (gegebenenfalls mehrere Kontaktelemente) des IC mittelbar mittels des Zwischenstücks mit dem korrespondierenden Gegenstück des Schaltungsträgers kontaktiert.Furthermore--as described above--the corresponding contact element (possibly several contact elements) of the IC is in direct contact with the corresponding counterpart of the circuit carrier by means of the intermediate piece.
In einer alternativen Variante ist das oder das jeweilige Kontaktelement unmittelbar mit dem korrespondierenden Gegenstück kontaktiert.In an alternative variant, the or the respective contact element is contacted directly with the corresponding counterpart.
Der Schaltungsträger ist in einer Variante als, insbesondere bedruckte, Leiterplatte ausgeführt. In einer alternativen Variante handelt es sich bei dem Schaltungsträger um ein Stanzgitter.In one variant, the circuit carrier is designed as a printed circuit board, in particular as a printed circuit board. In an alternative variant, the circuit carrier is a pressed screen.
Das Elektronikgehäuse ist vorzugsweise zweiteilig mit einer Gehäusewanne und einem Gehäusedeckel ausgebildet. In einer optionalen Ausführung sind Gehäusewanne und/oder Gehäusedeckel aus einem (vorzugsweise thermoplastischen) Kunststoff gefertigt. Alternativ sind Gehäusewanne und/oder Gehäusedeckel - bspw. um eine höhere materialbedingte Wärmeformbeständigkeit nutzen zu können - aus einem Metall, bspw. einem Stahl, einer Aluminium- oder einer Zink-Legierung - insbesondere als (Druck-) Gußteil - gebildet.The electronics housing is preferably designed in two parts with a housing trough and a housing cover. In an optional embodiment, the housing trough and/or the housing cover are made of a (preferably thermoplastic) plastic. Alternatively, the housing trough and/or housing cover are made from a metal, for example steel, an aluminum alloy or a zinc alloy, in particular as a (pressure) cast part, for example in order to be able to use a higher material-related heat resistance.
Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden insbesondere derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.Here and in the following, the conjunction “and/or” is to be understood in particular in such a way that the features linked by means of this conjunction can be designed both together and as alternatives to one another.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 in einer schematischen Teilschnittansicht ausschnitthaft ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, -
2 in einem Ablaufdiagramm schematisch ein Verfahren zur Herstellung des Steuergeräts, -
3 in Ansicht gemäß1 ein alternatives Ausführungsbeispiel des Steuergeräts.
-
1 in a schematic partial sectional view of a detail of a control unit for a motor vehicle, -
2 in a flowchart, a method for manufacturing the control unit is shown schematically, -
3 in view according to1 an alternative embodiment of the controller.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are always provided with the same reference symbols in all figures.
In
In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Schaltungsträger durch ein Stanzgitter gebildet.In an alternative exemplary embodiment, the circuit carrier is formed by a pressed screen.
Anhand von
In einem weiteren Verfahrensschritt S3 wird die Leiterplatte 4 in das Elektronikgehäuse 2 einsetzt - auf nicht näher dargestellte Auflagen gesetzt und fixiert. Außerdem wird ein jeweiliges Freiende der aufgebogenen Kontaktfüße 10 in Richtung auf die Leiterplatte 4 herabgebogen, so dass dieses Freiende in Kontakt mit einer korrespondierenden Leiterbahn 8 der Leiterplatte 4 (diese Stelle wird auch als Kontaktpad der Leiterbahn 8 bezeichnet) kommt.In a further method step S3, the printed
In einem vierten Verfahrensschritt S4 wird dann das jeweilige Freiende der Kontaktfüße 10 mit der korrespondierenden Leiterbahn 8 verschweißt. Somit wird eine Schweißstelle 12 gebildet, die eine mechanische sowie elektrische Verbindung zwischen der Leiterplatte 4 und dem IC 6 darstellt. In einem weiteren Verfahrensschritt S5 wird der Gehäusedeckel 2b auf die Gehäuseschale 2a aufgesetzt sowie fixiert und somit das Elektronikgehäuse 2 verschlossen.In a fourth method step S4, the respective free end of the
In
Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.The subject matter of the invention is not limited to the exemplary embodiments described above. Rather, further embodiments of the invention can be derived by the person skilled in the art from the above description. In particular, the individual features of the invention and their design variants described with reference to the various exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Steuergerätcontrol unit
- 22
- Elektronikgehäuseelectronics housing
- 2a2a
- Gehäusewannehousing tray
- 2b2 B
- Gehäusedeckelhousing cover
- 44
- Leiterplattecircuit board
- 66
- ICIC
- 88th
- Leiterbahntrace
- 1010
- Kontaktfußcontact foot
- 1212
- Schweißstelleweld
- 1414
- Zwischenstück spacer
- S1-S5S1-S5
- Verfahrensschrittprocess step
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DE102021210039A1 true DE102021210039A1 (en) | 2023-03-16 |
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2021
- 2021-09-10 DE DE102021210039.2A patent/DE102021210039A1/en active Pending
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